專利名稱：高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用超臨界水作為反應介質對難生化降解有機廢水進行無害化 處理的系統(tǒng)，特別涉及一種高含鹽量(大于2%)有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)。
背景技術：
超臨界水(Supercrtiical Water，簡稱SCW)是指溫度和壓力均高于其臨界點(T =374. 15°C，P = 22. 12MPa)的特殊狀態(tài)的水。該狀態(tài)下只有少量的氫鍵存在，介電常數(shù)近 似于有機溶劑，具有高的擴散系數(shù)和低的粘度。有機物、氧氣能按任意比例與SCW互溶，從 而使非均相反應變?yōu)榫喾磻?，大大減小了傳質、傳熱的阻力。而無機物特別是鹽類在SCW 中的溶解度極低，容易將其分離出來。有機廢水的超臨界水處理技術包括超臨界水氧化技術(SupercriticalWater Oxidation,簡稱 SCW0)、超臨界水氣化技術(Supercritical WaterGasification,簡稱 SCffG)和超臨界水部分氧化技術(Supercritical WaterPartial Oxidation，簡稱 SCWP0)。SCffO是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質，使有機物和氧化劑在超臨界水 中迅速發(fā)生氧化反應來徹底分解有機物，實現(xiàn)有機物的無害化處理。SCWG是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質，在不加氧化劑的條件下，有機 物在超臨界水中發(fā)生水解、熱解等反應，生成以氫氣為主的可燃性體。SCffPO是利用水在超臨界狀態(tài)下所具有的特殊性質，在提供部分氧化劑的前提下， 使有機物分解生成以氫氣為主的可燃性氣體。氧化劑的加入使得原來在氣化中難以分解的 物質可以分解，提高氣化率，同時，氧化劑也可以使焦油的產(chǎn)生得到抑制，減少反應器的堵 塞現(xiàn)象。雖然超臨界水處理技術已經(jīng)取得了很大進步，但是仍有若干需要解決的問題，表 現(xiàn)在1)SCW0過程是一個放熱反應，并且當有機物的質量分數(shù)達到1 2%時就能實現(xiàn) 自熱。但是由于超臨界水氧化處理系統(tǒng)能量的回收及優(yōu)化問題并沒有很好解決，所以超臨 界水處理過程的運行成本依然較高。2)在密度較低的超臨界水中，無機鹽在水中的溶解度顯著降低。因此物料及反應 過程中生成的鹽很容易從超臨界水中析出形成鹽沉積。鹽沉積會引起了系統(tǒng)的管路及反應 器堵塞，同時會使換熱器等設備的傳熱惡化，最終導致系統(tǒng)無法正常運行。而現(xiàn)有的除鹽設 備或系統(tǒng)受操作條件限制，不適合超臨界狀態(tài)下、安全、方便的除鹽。3)目前用于超臨界水處理中的反應器主要是管式反應器。管式反應器的結構相對 簡單、應用廣泛，但是具有鹽沉淀易堵、無法控制反應放熱、難以分清壓力影響和溫度影響 等缺點。而已有的蒸發(fā)壁式反應器雖能有效避免鹽沉積、腐蝕等問題，卻也存在能量利用效 率低的問題。4)超臨界水氧化處理中，氨氮的氧化較為困難。有研究表明在無催化劑時，當溫 度低于640°C時，氨沒有發(fā)生任何的降解；并且當反應條件達到680°C、24. 8MPa，停留時間為IOs時，只有10%的氨被氧化。另有研究表明即使用Mn02/Ce02作為催化劑，當反應條 件為450°C、27. 6MPa，停留時間為0. 8s時，氨的降解率也只有40%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)存超臨界水處理裝置存在的不足，提供一種新的針對高含 鹽有機廢水的超臨界水處理的系統(tǒng)。為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現(xiàn)的一種高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括空氣預熱器，所述 空氣預熱器殼側的入口端連接高壓空氣，空氣預熱器殼側的出口端與一個混合器入口端連 通，該混合器的入口端同時連通廢水預熱器殼側的出口，廢水預熱器殼側入口連通廢水儲 料裝置；所述混合器的出口與第一管式反應器的入口相連，第一管式反應器的出口通過一 個預脫鹽裝置與第二管式反應器的入口相連，第二管式反應器的出口分成兩路，一路與第 三管式反應器的入口端連通，另一路與罐式反應器的入口端連通，第三管式反應器的出口 端與罐式反應器的出水端匯合為一路后與空氣預熱器管側的入口端連通，空氣預熱器管側 的出口分別與廢水預熱器管側的入口和出口連通，通過管道上的調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)兩路流量之間 的分配；廢水預熱器管側的出口與熱水發(fā)生器管側的入口連通，熱水發(fā)生器管側的出口通 過第一背壓閥連通一個氣液分離器；熱水發(fā)生器的殼側連通有熱水利用裝置；所述第一管 式反應器、第二管式反應器和預脫鹽裝置上均設有加熱器。上述方案中，所述罐式反應器為折流結構的罐式反應器，其底部排鹽口通過一個 除鹽緩沖罐連通排污管道。所述預脫鹽裝置包括一個預脫鹽器，其入口連通第一管式反應器的出口 ；預脫鹽 器上部的超臨界流體出口連通第二管式反應器的入口，預脫鹽器下部的亞臨界流體出口連 通一個鹽水急冷器管側的入口，鹽水急冷器管側的出口通過第二背壓閥輸出鹽水；預脫鹽 器底部設有冷卻盤管，其進口連通鹽水急冷器殼側的出口 ；預脫鹽器底部冷卻盤管的出口 連通熱水利用裝置。所述熱水利用裝置包括連接自來水的清水儲罐，其出口與一個清水泵連通，該清 水泵的出口分成三路，一路與熱水發(fā)生器殼側的入口端連通，一路與除鹽緩沖罐的底部出 口端連通，另一路與鹽水急冷器殼側的入口端連通，熱水發(fā)生器殼側的出口端與一個熱水 儲罐的入口端連通，預脫鹽器底部冷卻盤管的出口也與該熱水儲罐的入口端連通。所述廢水儲料裝置包括帶有加堿罐的儲料罐，其入口端通過閥門連接原料廢水； 出口端通過一個物料泵與廢水預熱器殼側的入口端連通，儲料罐中設有攪拌器。所述第一背壓閥、第二背壓閥之前的連接管道上均設有管道過濾器。本發(fā)明系統(tǒng)的主要優(yōu)點是1、本發(fā)明通過空氣預熱器、廢水預熱器預熱空氣和廢水、通過熱水發(fā)生器、鹽水急 冷器產(chǎn)生熱水，充分利用反應后流體的熱量。本發(fā)明系統(tǒng)中第一、第二管式反應器、預脫鹽 器設置電加熱器，可保證物料進入預脫鹽器時有一定的預熱溫度，使預脫鹽器內(nèi)的流體為 超臨界狀態(tài)，并在進入反應器時已經(jīng)達到發(fā)生超臨界水反應所需的溫度。其中第一、第二管 式反應器的電加熱器僅僅在系統(tǒng)啟動或反應不能自熱時投入使用，補充系統(tǒng)正常運行所需 熱量。通過對充分回收利用反應后的熱量和降低系統(tǒng)正常運行時的電加熱功率，降低了高含鹽有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)的運行成本。2、本發(fā)明中同時包含管式反應器和罐式反應器。如果有機廢液的氨氮及無機鹽含 量的較低，超臨界流體選擇性的進入第三管式反應器，在第三管式反應器外壁進行保溫處 理保證繼續(xù)發(fā)生超臨界水反應；如果有機廢液的氨氮及無機鹽的含量較高，超臨界流體選 擇性的進入罐式反應器。其中罐式反應器內(nèi)部有催化劑箱可以安放顆粒狀催化劑，降低超 臨界水反應的條件、提高目標物的產(chǎn)率或轉化率。3、本發(fā)明系統(tǒng)中，在第一管式反應器和第二管式反應器之間設置預脫鹽裝置，作 為進入反應器前的預脫鹽設備。預脫鹽器上部設置電加熱保證上部流體為超臨界狀態(tài)，無 機鹽析出；底部設置冷卻盤管，保證下部流體為亞臨界狀態(tài)，無機鹽重新溶解。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖。其中1、高壓空氣壓縮機，2、緩沖罐，3、空氣預 熱器，4、加堿罐，5、儲料罐，6、物料泵，7、廢水預熱器，8、混合器，9、第一管式反應器，10、預 脫鹽器，11、第二管式反應器，12、第三管式反應器，13、罐式反應器，14、除鹽緩沖罐，15、鹽 水急冷器，16、過濾器，17、第一背壓閥，18、熱水發(fā)生器，19、過濾器，20、第二背壓閥，21、氣 液分離器，22、清水儲罐，23、清水泵，24、熱水儲罐。圖1中的圖例含義見表1圖1中的儀表代碼含義見表2。表 權利要求
一種高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括空氣預熱器，所述空氣預熱器殼側的入口端連接高壓空氣，空氣預熱器殼側的出口端與一個混合器入口端連通，該混合器的另一個入口端連通廢水預熱器殼側的出口，廢水預熱器殼側入口連通廢水儲料裝置；所述混合器的出口與第一管式反應器的入口相連，第一管式反應器的出口通過一個預脫鹽裝置與第二管式反應器的入口相連，第二管式反應器的出口分成兩路，一路與第三管式反應器的入口端連通，另一路與罐式反應器的入口端連通，第三管式反應器的出口端與罐式反應器的出水端匯合為一路后與空氣預熱器管側的入口端連通，空氣預熱器管側的出口分別與廢水預熱器管側的入口和出口連通，通過管道上的調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)兩路之間的流量分配；廢水預熱器管側的出口與熱水發(fā)生器管側的入口連通，熱水發(fā)生器管側的出口通過第一背壓閥連通一個氣液分離器；熱水發(fā)生器的殼側連通有熱水利用裝置；所述第一管式反應器、第二管式反應器和預脫鹽裝置上均設有加熱器。
2.如權利要求1所述的高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述罐 式反應器為折流罐式反應器，其底部排鹽口通過一個除鹽緩沖罐連通排污管道。
3.如權利要求2所述的高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述預 脫鹽裝置包括一個預脫鹽器，其入口連通第一管式反應器的出口 ；預脫鹽器上部的超臨界 流體出口連通第二管式反應器的入口，預脫鹽器下部的亞臨界流體出口連通一個鹽水急冷 器管側的入口，鹽水急冷器管側的出口通過第二背壓閥輸出鹽水；預脫鹽器底部設有冷卻 盤管，其進口連通鹽水急冷器殼側的出口 ；預脫鹽器底部冷卻盤管出口連通熱水利用裝置。
4.如權利要求3所述的高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述熱 水利用裝置包括連接自來水的清水儲罐，其出口與一個清水泵連通，該清水泵的出口分成 三路，一路與熱水發(fā)生器殼側的入口端連通，一路與除鹽緩沖罐的底部出口端連通，另一路 與鹽水急冷器殼側的入口端連通，熱水發(fā)生器殼側的出口端與一個熱水儲罐的入口端連 通，預脫鹽器底部冷卻盤管出口也與該熱水儲罐的入口端連通。
5.如權利要求1所述的高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述廢 水儲料裝置包括帶有加堿罐的儲料罐，其入口端通過閥門連接原料廢水；出口端通過一個 物料泵與廢水預熱器殼側的入口端連通，儲料罐中設有攪拌器。
6.如權利要求1所述的高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第 一背壓閥之前的連接管道上設有管道過濾器。
7.如權利要求3所述的高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第 二背壓閥之前的連接管道上設有管道過濾器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高含鹽量有機廢水的超臨界水處理系統(tǒng)及方法，通過換熱器對反應后的熱量進行充分回收利用并產(chǎn)生熱水；通過氣液分離器分離、回收反應后液體及氣體；根據(jù)不同進料的特性，通過控制空氣流量靈活選取最佳的超臨界水處理方式。在保留管式反應器的基礎上，并聯(lián)內(nèi)部設有催化劑箱的折流罐式反應器，通過增加催化劑提高氨氮等的處理效果并降低超臨界反應所需要的條件；設有除鹽緩沖罐實現(xiàn)超臨界狀態(tài)下的間歇式除鹽操作；設有預脫鹽裝置，在進入反應器前進行預脫鹽；本發(fā)明系統(tǒng)集COD、無機鹽、氨氮去除于一體，集進料的預處理、混合、反應以及產(chǎn)物分離和收集于一體，廣泛應用于高濃度難生化降解的有機廢水等污染物的無害化處理過程。
文檔編號C02F1/58GK101987749SQ20101051681
公開日2011年3月23日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者公彥猛, 唐興穎, 徐東海, 王樹眾, 郭洋, 馬紅和 申請人:西安交通大學